✂ Повреждения ДНК в клетке под воздействием факторов окружающей среды, а также происходящих в клетке процессов обмена веществ происходит с частотой от нескольких сотен до тысячи случаев в час!
Может порваться одна или обе цепочки в двойной спирали, может возникнуть соединение цепочек, может оказаться поврежденным какой-то нуклеотид или несколько нуклеотидов.
Причин таких поломок множество: ультрафиолетовое излучение, свободные радикалы, радиация, сбои во время удвоения ДНК при делении клетки. И наша клетка успешно чинит все эти поломки.
Как именно? Ведущую роль в исследовании механизмов репарации ДНК (то есть починки ДНК) сыграл Томас Линдаль, который на протяжении десятков лет занимается этими пионерскими исследованиями.
Напомним, что нить ДНК состоит из цепочки нуклеотидов, и две такие нити сплетаются в одну двойную спираль, в которой каждый нуклеотид одной цепочки соединяется со встречным нуклеотидом другой цепочки с помощью азотистых оснований. Азотистых оснований в ДНК всего 4 вида: аденин, гуанин, цитозин и тимин. Аденин образует пару с тимином, а гуанин — с цитозином: АТ и ГЦ. Мы ранее писали об этом в этой и этой главах.
Есть, оказывается, такие белки — ДНК-гликозилазы. Они непрерывно только тем и заняты, что ползают вдоль цепочки ДНК и проверяют — все ли нуклеотиды, из которых состоит ДНК, в порядке. Например, азотистое основание цитозин довольно уязвимо, потому что в результате каких-то неудачных процессов он может потерять свою аминогруппу (NH2), которая болтается у него эдаким жирным хвостиком. И это проблема, потому что если нормальный цитозин должен образовывать пару с гуанином, то лишенный аминогруппы цитозин уже образует пару с аденином, а значит при делении клетки уже обе дочерние клетки получат мутацию — неправильную пару азотистых оснований. И если эта пара нуклеотидов будет сидеть посреди какого-нибудь гена, значит ген получится мутировавшим, и по нему будет теперь строиться неправильный белок или РНК.
Итак, ДНК-гликозилазы распознают наличие в ДНК поврежденных участков и удаляют их. А затем к работе приступают другие белковые комплексы — сладкая парочка других ферментов. Сначала ДНК-полимераза синтезирует новый, правильный участок цепочки ДНК вместо удаленного испорченного, а затем ДНК-лигаза тут же мастерски сшивает цепочку ДНК, чтобы она снова была непрерывной. Такой вид ремонта ДНК называется эксцизионная репарация (excision repair) от английского excision «вырезание».
Вообще существует несколько видов ДНК-гликозилаз. Некоторые из них очень специфичны. Это слово означает, что данная ДНК-гликозилаза предназначена для починки совершенно определенных поломок. А есть неспецифичные, то есть такие, которые могут исправлять широкий спектр поломок. Несмотря на довольно большие различия в своей структуре, все ДНК-гликозилазы обладают некоторыми общими чертами — они сравнительно маленькие (что важно, ведь им надо протискиваться вплотную к ДНК). Также им для успешной работы не нужны помощники (такие помощники, помогающие работать белкам-ферментам, называются коферменты). Это тоже важно, чтобы не усложнять и не замедлять процесс работы по починке ДНК.
Многие поврежденные азотистые основания отличаются от здоровых всего одним или несколькими атомами, поэтому ДНК-гликозилаза должна с исключительной точностью выбирать выщепляемое основание на фоне огромного избытка неповрежденных звеньев ДНК! Причем делать это надо быстро. Это очень непростая работа, и мы до сих пор не знаем в точности, как они умудряются это делать. Исследования продолжаются.